某大桥全长100m, 为5孔20m先简支后连续, 宽42.5m。钢绞线孔道采用56mm的预埋波纹管, 锚具采用YM15-4锚具。设计采用标准强度R=1860MP的高强低松驰钢绞线, 4Φ15.24一束, 两端张拉, 每束张拉控制力为781.2KN。施工钢绞线采用江阴法尔胜钢铁制口有限公司生产的φs15.24 (ASTM416/A416M-2002, 低松弛) , 标准强度Ryb=1860Mpa。公称面积140mm2。
后张法预应力混凝土梁板以其跨径大、自重轻、承载力高、设计经济合理、施工简单易行、临时设施投入较少等优点, 因而, 在桥梁工程建设中越来越得到广泛应用。鉴于道桥事业的蓬勃发展, 使预应力钢筋混凝土结构在桥梁建设中的应用迅速普及, 而预应力钢筋混凝土施工工艺较复杂, 对施工质量要求甚高, 施工中难免存在相关问题, 因此其施工过程的质量控制非常重要, 若施工方法不当或施工质量存在问题, 就会影响结构安全和稳定性能。
1 后张法预应力体系概述
后张法 (post-tensioning method) 指的是先浇筑水泥混凝土, 待达到设计强度的75%以上后再张拉预应力钢材以形成预应力混凝土构件的施工方法。先浇筑构件混凝土, 并在其中预留穿束孔道, 待混凝土达到要求强度后, 将筋束穿入预留孔道内, 用千斤顶支承于混凝土构件端部, 张拉筋束, 使构件也同时受到反力压缩, 待张拉到控制拉力后, 即用特制的锚具将筋束锚固于混凝土构件上, 使混凝土获得并保持其预压应力。最后, 在预留孔道内压注水泥浆, 以保护筋束不致锈蚀, 并使筋束与混凝土粘结成为整体。
对后张法预应力构件, 预应力是依靠钢筋端部的锚具来传递的。千斤顶是施加预应力所用的机具设备。各种锚具都必须配置相应的张拉设备才能顺利地进行张拉、锚固。与夹片锚具配套的千斤顶是一种大直径的穿心单作用千斤顶。由于千斤顶和仪表的特殊作用, 要求千斤顶和仪表由专人使用和管理, 操作人员需具有特殊工种上岗证和具备预应力施工知识方可上岗操作。千斤顶与压力表在使用前应配套校验, 以确定张拉力与压力表之间的关系曲线, 即P—T曲线。
后张法所用的永久性工作锚具, 是保证预应力钢筋混凝土施工安全、结构可靠的技术关键性设备, 因此锚具应按设计要求选用, 能满足分级张拉、补张拉以及放松预应力的要求。锚具、夹具进场时, 监理人员除按出厂合格证和质量证明书核查其锚具性能类别、型号、规格及数量外, 还应按下列规定进行验收。
(1) 硬度检验:从每批中抽取5%的锚具且不少于5套。其中有硬度要求的零件做硬度试验, 对多孔夹片式锚具的夹片, 每套至少抽取5片。每个零件测试3点, 其硬度应在设计要求范围内, 如有一个零件不合格, 则应另取双倍数量的零件重做试验, 如仍有一个零件不合格, 则应逐个检查, 合格者方可使用。
(2) 外观检查:从每批中抽取10%的锚具且不少于l0套, 检查其外观尺寸。如有一套表面有裂纹或超过产品标准及设计图纸规定尺寸的允许偏差, 则应加取双倍数量的锚具重做检查, 如仍有一套不符合要求, 则应逐套检查, 合格方可使用。
2 后张法混凝土梁板施工存在问题分析
毫无疑问, 后张法混凝土梁板施工最显著的问题在于拉张阶段的质量问题, 其具体表现如下。
2.1 锚垫板面与孔道轴线不垂直或锚垫板中心偏离孔道轴线
张拉过程中锚环突然抖动或移动, 张拉力下降, 有时会发生锚杯与锚垫板不紧贴的现象。
产生原因:锚垫板安装时没有仔细对中, 垫板面与预应力索轴线不垂直, 造成钢绞线或钢丝束内力不一。当张拉力增加到一定程度时, 力线调整, 使锚杯突然发生滑移和抖动, 拉力下降。预防措施: (1) 锚垫板安装应仔细对中, 确保垫板面与预应力索的力线垂直; (2) 锚垫板要固定牢靠, 确保在混凝土浇筑过程中不移动。处治方法:另外加工一块楔形钢垫板。楔形垫板的坡度应恰好使其板面与预应力索的力线垂直。
2.2 锚具碎裂
锚具碎裂, 是指预应力张拉时或张拉后, 锚板、锚垫板或夹片锚的夹片出现碎裂。
产生原因: (1) 锚具 (锚板、锚垫板、夹片) 热处理不当。硬度偏大, 导致钢筋延性下降太多。在高应力下发生脆性断裂; (2) 锚具钢材本身存有裂纹、沙眼、夹杂等隐患, 或因火处理淬火、锻压等原因产生裂缝源。在受到高压应力的集中作用下裂缝发展碎裂。防治措施: (1) 加强对锚具的出厂前和工地检查, 锚夹具的技术要求应符合国家机关标准《预应力筋用锚具和连接器》 (GB/T14370—2000) 类锚具的要求, 有缺陷、隐患或热处理后质量不稳定的产品一律不得使用; (2) 发现锚具出现裂缝后, 应立即更换有裂缝和已碎裂的锚具。同时对同批量的锚具进行逐个检查, 确认合格后才能继续使用。
2.3 钢绞线张拉伸长量差异的处理
钢绞线张拉总伸长量与设计计算值如相差超过6%则应查明原因:如系钢绞线质量可进行更换;如属于操作原因, 则通过改善操作方法并认真按以下方法预防控制: (1) 张拉时, 先检查、调整两端钢绞线位置, 并用油漆做标记, 套上工作锚, 夹片和限位板。 (2) 预应力筋的伸长量应在初应力 (如10%张拉力) 状态下开始量测。每级张拉力通过压力表读数控制。用游标卡尺测量伸长量, 做好记录。 (3) 一般设计图纸上所示的张拉力为封闭前锚具内的瞬间力。实际伸长值计算式:DL=DL1+DL2式中DL为后张法预应力钢绞线实际伸长值;DL1为初应力至最大张拉应力间的实测伸长值;DL2为初应力的推算伸长值。可采用相邻级的伸长值推算。 (4) 将实际伸长值与理论伸长值进行对比, 如果误差在控制范围内, 则该钢绞线张拉完毕。对于20m预应力板其理论伸长值见表1, 以供参考。
3 拉张阶段质量控制措施
整个桥梁后张法预应力施工中的拉张阶段, 包括准备阶段、拉张阶段、孔道压浆阶段和封锚阶段。把握拉张阶段质量控制必须严格把关各个环节。
3.1 准备阶段
(1) 检测构件。
检查构件 (或块体) :尤其要认真检查预应力筋的孔道。其孔道必须保证尺寸与位置正确, 平顺畅通, 无局部弯曲;孔道端部的预埋钢板应垂直于孔道轴线, 孔道接头处不得漏浆, 灌浆孔和排气孔应符合设计要求的位置。孔道不符合要求时, 要清理或作好处理。
(2) 穿束。
钢绞线的切断宜采用砂轮切割, 保证切口平整。线头不散。穿筋前, 应检查钢筋 (或束) 的规格、总长是否符合要求。穿筋时带有端杆螺丝的预应力筋, 应将丝扣保护好, 以免损坏。钢筋束或钢丝束应将钢筋或钢丝顺序编号, 并套上穿束器。先把钢筋或穿束器的引线由一端穿入孔道, 在另一端穿出, 然后逐渐将钢筋或钢丝束拉出到另一端。钢筋穿好后将束号的在构件上注明, 以便核对。
(3) 安装锚具及张拉设备。
安装锚具及张拉设备时, 对直线预应力筋, 应使张拉力的作用线与孔道中心线在张拉过程中相互重合;对曲线预应力筋, 应使张拉力的作用线与孔道末端中心点的切线相互重合。
3.2 张拉阶段
当混凝土强度到达设计强度方可进行张拉, 张拉的顺序应符合设计规定, 采用张拉力和伸长值双控。伸长值容许误差控制在±6%以内, 同一断面的断丝率不得大于1%。张拉程序如下:0——初应力15%σk——100%σk (设计值) , 持荷3min后回油。张拉过程中加载速度要平缓, 采用两端张拉时, 两端加载速度要一致。为了消除钢束在初始张拉时由于松弛对伸长值测量的影响, 在张拉力达到设计的15%时, 标注伸长量起始记号, 张拉力达到100%再进行伸长值的量测。最初15%的伸长值为推算值。张拉结束应对梁体外观进行检查。核对伸长值等各项技术指标, 如不符合规范要求应立即分析原因, 采取措施。必要时对预应力筋放张, 重新张拉。
3.3 孔道压浆阶段
孔道压浆在后张预应力构件中起着举足轻重的作用:防止预应力钢材锈蚀;使预应力钢材与混凝土有效黏结。将预应力有效地传递给周围的砼。增强梁体的承载能力, 减轻锚固体系的负荷。因此必须高度重视压浆质量。灌浆孔道应压水清洗干净, 并检查灌浆孔、出气孔是否与预应力筋孔道连通, 否则, 应事先处理。预应力筋张拉完后应尽早进行孔道灌浆, 以减少预应力损失。灌浆压力一般为0.4MPa～0.6MPa, 灌浆顺序应先下后上, 避免上层孔道漏浆把下层孔道堵住, 待排气孔冒出浓浆后, 即堵死排气孔, 再压浆至0.6MPa, 保持1～2min后, 即可堵塞灌浆孔, 制作试块并注意养护。浇筑封端混凝土或端部防护处理, 并注意混凝土养护。
3.4 封锚阶段
压浆完成应及时对梁端进行封锚, 以免锚固体系锈蚀。封锚时应保证梁体长度及封锚砼质量。
4 结语
张拉是向梁体准确施加预应力度的重要环节, 是保证预应力梁承载力及使用寿命的关键。在后张法预应力梁板施工存在问题中大部分出现在拉张环节, 因此, 桥梁工程后张法预应力混凝土梁板施工中, 只有应用科学合理的质量监理工作方法和工作程序, 才能使现场的质量工作变被动为主动, 实施有效的动态监控, 尤其是在张拉及后续工序要坚持科学、严谨的工作态度。
摘要：随着预应力的发展, 后张法预应力体系已经广泛应用于大型桥梁结构上, 而桥梁工程中预应力混凝土梁板施工存在的问题已经不是一日形成的。基于后张法, 阐述了后张法预应力体系, 分析了后张法混凝土梁板施工存在相关问题, 并从质量控制出发, 重点以拉张阶段为前提, 提出了后张法质量控制措施。
关键词：桥梁工程,预应力,梁板,后张法
参考文献
[1] 张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[2] JTJ041—2000, 公路桥涵施工技术规范[S].
[3] JTJ055-83, 公路工程金属试验规程[S].